У наші дні ми стикалися з незвичними подіями на кафедрі мехатроніки транспортних засобів Паннонського університету Веспрему. Під керівництвом доктора Денеса Фодора та Ференца Шпайзера університет за підтримки Continental Automotive Hungary Kft. Розробляє антиблокувальну гальмівну систему (ABS) для велосипедів. Проект триває роками, про нього написано кілька дипломних робіт і перші тести пройшли з упевненістю.

розроблена

Датчик з магнітами, прикріпленими до обода

В останні десятиліття зростає акцент на розробці активних та пасивних систем безпеки автомобілів. Розвиток цих систем надзвичайно важливий не лише для автомобілів, а й для мотоциклів, скутерів та велосипедів. Останні моделі автомобілів та мотоциклів уже вимагають використання систем активної безпеки, таких як ABS, які запобігають багатьом аваріям [1].

Велосипед - набагато простіша конструкція, яка не вимагає водійських прав, тому вона легко доступна кожному. Як результат, в останні роки все більше людей обирають його як транспортний засіб, що призводить до більшої кількості аварій на дорогах [2,3]. Травми, понесені в цих аваріях, у багатьох випадках можна було запобігти використанням захисних пристроїв (шоломів, налокітників, наколінників) [4].

Отвори на гальмівному диску також можуть використовуватися як джерело сигналу для датчиків

Однак не тільки захисний одяг, який носять люди, може забезпечити адекватний захист, але і сам велосипед повинен бути перетворений на систему безпеки, яка захищає пасажира в ситуації, схильній до аварій. З цієї причини інженерний факультет Паннонського університету Веспрему розпочав проект з вивчення динаміки руху велосипеда [5,6,7,8]. У рамках проекту співробітники Лабораторії технологій автомобільних систем у відділі успішно розробили прототип велосипеда з використанням гідравлічної антиблокувальної системи, щоб уникнути аварій.

Прототип

Для перевірки роботи антиблокувальної гальмівної системи було обрано мотоцикл Specialized Stumpjumper FSR Comp, який базується на добре збалансованій повністю телескопічній рамі. Твердість та амортизацію телескопів можна регулювати відповідно до ваги велосипеда та місцевості. Велосипед має гідравлічну гальмівну систему Avid Elixir R SL.

Реалізація прототипу, оснащеного антиблокувальною гальмівною системою (рис. 1), вимагала декількох пристроїв, встановлених на різних точках велосипеда. Для модуляції тиску в гальмівних ланцюгах на шасі в багажник помістили гідравлічний та електронний блок управління (HECU) та невеликий персональний комп'ютер (SBC) для управління. У цьому вікні також міститься акумулятор, який живить джерело живлення комп'ютера. На перший погляд коробка для зберігання на задній частині велосипеда виглядає величезною одиницею, але слід зазначити, що для прототипу вона така велика. При необхідності його можна зменшити до частки одиниці, тому на додаток до її розміру, його вага також може бути значно зменшена.

Центральний блок системи розташований у “багажнику”

Також важливо використовувати аналого-цифровий (A/D) перетворювач, який надає інформацію про різні значення тиску в гальмівній системі. Перераховані пристрої взаємодіють між собою через послідовний протокол зв'язку CAN, який часто використовується в автомобільній промисловості. Швидкість коліс і тиск у гальмівних ланцюгах вимірюються спеціально розробленими для цього датчиками.

Рисунок 1: Прототип велосипеда

Правильної інтеграції та встановлення вищезазначених пристроїв недостатньо для належного захисту людини, яка їде на велосипеді. Для забезпечення захисту був розроблений унікальний алгоритм керування ABS (рис. 2), який може вирішити, чи блокує колесо, використовуючи лише значення швидкості колеса.

Рисунок 2: Частини процесу регулювання

У схемі управління, показаній на малюнку 2, спочатку відбувається зменшення шуму вхідного сигналу швидкості, що необхідно через достовірність та точність алгоритму. Під час гальмування алгоритм визначає величину уповільнення, яка вважається ідеальною для коефіцієнта зчеплення (між шиною велосипеда та землею) на основі отриманого сигналу швидкості та вирішує, в якому стані повинен знаходитися HECU (підтримка гальмівного тиску, зменшення, збільшення ) для належної роботи системи. Після того, як була визначена необхідна умова, гальмівний тиск можна регулювати за допомогою клапанів.

Велосипед і, таким чином, завершений алгоритм були протестовані як в моделюванні, так і в реальних умовах. На малюнку 3 показані результати маневру екстреного гальмування приблизно з 17 км/год, в якому можна спостерігати, що колеса велосипеда були заблоковані під час гальмування. ABS намагався зберегти маневреність, регулюючи тиск (фіолетова крива), щоб колеса могли вільно обертатися.

Рисунок 3: Результат тестування алгоритму управління

Після візиту до університету виявилося, що французький інвестор також зацікавився готовим прототипом, який заявив про свій намір співпрацювати з університетом. Хоча більшість людей уявляли б собі прототип велосипеда для міського використання, інвестор націлив би сферу змагальних видів спорту із системою безпеки.

Під час введення системи обговорювались інші рішення ABS, хоча наразі більше інформації доступно лише у версіях, придатних для гальмівних систем Bowden. Однією з таких конструкцій є SABS, яка розташована на гальмівній колодці обода і запобігає ковзанню колеса, рухаючи гальмівну колоду, коли обод зафіксований.

Ще одним відомим та економічно вигідним рішенням є силовий модулятор Shimano. Він складається з пружинного блоку, який можна вставити в корпус боудена, який стискається при гальмуванні, так що система не дозволяє гальмівній силі застосовувати гальмівні колодки для блокування коліс. (Як результат, це створює трохи липке відчуття при гальмуванні, подібне до використання низькоякісного зовнішнього або пластикового важеля гальма Bowden.)

Варто задуматися над тим, наскільки ця техніка еволюціонувала останнім часом. Кілька років тому електричний вимикач або телескопічний блокування все ще були невідомі, і тепер у нас на шиї є ще один електричний блок, який служить нашій безпеці. Нам цікаво подивитися, скільки місця ви можете отримати і в якому сегменті велосипедів ви знайдете своє місце.